移动电子设备机载供电系统的标准研究

杨 娟 任仁良 张 迪 董艇舰

（中国民航大学，天津 300300）

移动电子设备机载供电系统的标准研究

杨 娟 任仁良 张 迪 董艇舰

（中国民航大学，天津 300300）

研究了FAA/EASA适航认证标准，分析了PED机载供电系统的电气功能、系统安装、安全评估和持续适航、操作指南方面的要求，为CAAC适航认证提供参考。

便携式电子设备；机载供电系统；适航认证

近年来，随着移动电子设备（Portable Electronic Devices，PED）的飞速发展和日益普及，越来越多的航空公司期望能够在飞机上使用移动电子设备，如便携式电脑、手持计算设备和手持游戏设备等，以便给乘客带来更高端、更优质的服务。此外，移动电子设备能够给机组人员带来更便捷的技术服务终端。

2013年12月，欧洲航空安全局（EASA）对移动电子设备的使用指南提出了修改意见，允许在一定条件制约下使用移动电子设备。美国联邦航空管理局（FAA）也颁布了类似的修改条例。鉴于FAA/ EASA等权威机构的政策指引，2014年1月，葡萄牙航空公司TAP Portugal准许乘客在使用飞行模式或类似的设置且关闭其无线与蓝牙功能条件下在所有航线上使用移动电子设备，同年5月，瑞航给出了同样的使用许可。

PED的机载供电系统（Power Supply Systems，PSS）在飞行过程将飞机电源（115V/400Hz）变换为110V/60Hz或220V/50Hz工频高压交流电源和5V USB低压直流电源，为机组和乘客的移动电子设备供电。目前，中国民航局（CAAC）针对该系统的设计、功能与装机标准还在起草和制定阶段。FAA/ EASA早在1997年针对该系统已经有了相应的规范和标准，研究FAA/EASA适航标准对我国PED的机载供电系统适航标准的研究具备一定参考价值。

1 PSS系统构成

PSS由控制器MCU（Master Control Unit）、逆变电源IPS（Inverted Power Supply）和输出插座OU（Outlet）组成，如图1所示。MCU接收控制信号，将航空器电源经过功率管理，分配给IPS，并具备保护功能。IPS将MCU输入的航空器电源变换为110V/60Hz或220V/60Hz工频交流电源和5V直流电源，并具备自动调压和保护功能。OU是为PED提供电源接口的连接器，安装位置包括座椅、飞机墙壁或储物柜壁等。

2 PSS的FAA/EASA适航要求

EASA 认证政策和FAA政策为PED机载供电系统的适航取证提供指南。这些指南仅适用于为PED提供电源的PSS，包含了对PSS电气功能、系统安装、安全评估和持续适航、操作指南方面的要求。

2.1 电气功能要求

2.1.1 电路保护和对使用者的危害

PSS设计过程中应提供电路保护，防止系统有意或无意的短路、故障等原因而导致的过载、烟雾和火灾。这些故障可能由于液体进入或由于接口处进入外来导体引起。因此，PSS插孔安装的设计应当尽可能的防止液体流进电源插孔。此外，设计应将外来导体进入电源插孔的可能性应降至最低。否则申请者应提供可适当减少必然危害的设计方法。降低危害的办法包括安装带童锁的接口或仅当接头与插孔匹配时输出电源才有效的设计。

图1 PSS组成框图

2.1.2 电源

PSS的电源应来自飞机的非重要汇流条，如不为影响持续安全飞行和着陆的飞机系统提供电源的汇流条，例如：厨房和地面勤务汇流条。这将确保达到证明要求中的安全等级，且PSS失效或故障不会影响飞机安全操作的必要系统的工作。

2.1.3 电气负载分析

实施电气负载分析，考虑PSS可能产生的最大负载，以证实飞机的电源系统具备足够的容量来安全提供PSS正常使用时所需的最大电量需求。型号合格证持有者的电气负载分析可作为附加指南参考。开展PSS电气负载分析前，可进行能够准确反映飞机的改装前电气负荷的电气负载分析。如果这样不适用，申请人应测量飞机改装前状态，并使用这些测量进行PSS电气负载分析。

2.1.4 系统关断设置

为了确保PSS不反向影响飞机重要安全操作系统，PSS可由机组人员在任何时候关断。关断整个PSS的清晰的标签和明显的方法（on/off电门）应设计在客舱或驾驶舱内。不利用跳开关来断开电源，因为重复使用跳开关代替电门会降低其性能并影响其在额定电流跳开值下跳开。断开电源应尽量离电源近些，允许所有出口的及时断开。至少有一个能够作为允许整个PSS及时断电的总电源开关且应明确作标记以防止机组人员混淆并无意的断开系统。

如果使用多用电门，设计上应防止机组人员混淆，并应与主电源开关串联，防止机组误操作。使用这些电门的程序应写入适当的机组操作/训练手册。

飞行手册要注明PSS应被关断的飞行阶段。

2.1.5 系统状态指示

应提供指示方法来使机组识别除USB口之外的正在使用接口。如果设计时使用了多用关断电门，则应关注包括每个电门位置的系统状态指示。这一特性允许机舱机组成员来判断单个乘客接口故障是否与安装组件（例如，座椅安装组件）或整个系统有关，并提供快速定位任何潜在安全事件的能力。驾驶舱PSS的状态指示（例如：“on”或“off”）应与飞机制造商的系统状态指示的设计理念一致。

2.1.6 辐射和传导发射

PSS设备通过电源馈线或其它系统部件的传导和辐射干扰可能会导致飞机其它系统的性能下降。如果使用滤波器来解决传导和辐射干扰，应明确人员产生的静电对滤波器产生的影响。此外，周期维护可以保证滤波器的可用性。

根据EUROCAE ED-14/RTCA DO-160G《机载设备的环境条件和测试程序》第21章中描述，传导的试验应包括150kHz到至少30MHz。PSS设备的电磁兼容评估应在所有预期操作和备用条件下完成。

典型的PED负载应用于检查来自PSS在载荷条件下的传导和电磁干扰辐射。应测试在最差位置下熟知的最坏载荷情况。如果没有辐射分析，应考虑下述情况：

· 无负载；

· 一个负载：PSS提供的最小和最大电源容量；

· 多个负载连接；

· 所有的负载连接：PSS提供的最小和最大电源。

将上述特定的负载连接至PSS来进行传导发射测试。但这并非取证要求，可使用能够证实型号技术的额外测试。PED电磁辐射可能无法达到H等级（参考EUROCAE ED-14/RTCA DO-160 21章），但PSS应滤去由于PED或PSS自身产生的有害传导辐射，避免影响飞机其他系统。

2.1.7 超温保护

PSS应包括超温保护。如果探测到超温发生，系统自动切断，降低发生火灾的可能。由于超温而发生自动切断后不可自动复位，只能经过检查并根据操作程序来人工完成。

2.1.8 易燃要求

PSS的所有部件应满足适用的易燃要求。

2.1.9 功率限制

PSS的功能是提供能够供PED工作的电源。PSS不用提供比正常预期更多的电量。PSS的最大可用功率应限制在200W。特殊情况下，需要更高的电量，例如医疗或其他特殊设备或特殊功能飞机，申请者应向适航当局提供申请来增加电容量。该申请应包括提出增加容量的理由和相关设计特性。

2.1.10 油箱防火保护

与PSS有关的所有导线和设备，应该按照CS25.981 102号修正案《运输类飞机燃油箱系统设计评审、降低可燃性以及维护和检查要求》或更新修正案来设计。为了满足这些要求，如果油箱系统内导线没有受到快速抑制设备或其它能够降低油箱危险能量等级的方法的保护，所有的PSS导线应与下述导线分隔开：

· 与油箱内部件相连的电路导线，例如油量传感器、加油阀和浮子电门；

· 直接与油箱内部件关联设备的电路导线，以及那些油箱和非油箱之间没有被充分电气隔离的电路导线。要特别注意电源导线和与非油箱导线连接的导线之间发生的短路，这些与非油箱导线连接的导线连接了油箱系统有关的LRU组件（如油量程序组件），组件内可能会发生PC电路板的短路，由此增大危险能量等级。

2.2 PSS的安装要求

2.2.1 一般要求

与PSS相关的电气线路互联系统（EWIS）的安装，应符合相关要求，参考如下要求：导线的安装应该满足飞机标准线路施工手册的要求；应该使用标准OEM导线或替代类型；所有的设计需有必要的数据来支撑，包括可用的安装图和线路图，符合Commission Regulation (EC) No 1702/2003 附录21A.31部分的要求；EWIS导线路径应沿着标准的飞机线槽、隔离或等效隔离，用符合标准线路施工手册（SWPM）要求，保持最小距离。

当缺少SWPM中更多指定的要求时，230V交流电源导线不应沿着飞机标准线槽安装。PSS相关EWIS导线穿过机舱，由于导线暴露在危险中（例如座椅框摩擦、旅客踩踏或座椅电气盒敲击、溢出液体等），造成系统潜在故障发生的可能性将增加。由于这些系统暴露在危险中，反向影响其他安全必要系统以及发生人员电击的可能性大幅增加。防止安装其座椅内EWIS组件受损，适当的保护措施以防止其受到旅客脚的损坏或用手打开接近。控制EWIS和设备安装的工程数据应包括对路径、支撑和保护的明确的、清晰的要求，以完成对安装所需部件的识别。

2.2.2 高压交流电源安装的特殊要求

由于给飞机和拥有人会带来更大的风险，PSS高压交流电源（例如110 V AC 60 Hz，230 V AC 50 Hz）还应考虑下述标准。

2.2.2.1 接口标签

由于PSS高压交流部分增加了人员伤害风险，输出电压和频率应在电源插孔做好标记（例如，110 V AC 60 Hz）。这样的标记也能够避免用户连接不恰当的高压电源接口。应给出用于不同电源和不同插头适配器的各种接口和插头的类型，仅仅考虑插孔类型是不够的。高压设备的电源插孔应标记其最大输出功率。

2.2.2.2 故障保护

为了避免人员伤害，应采取适当的保护措施例如差动保护和/或漏电隔离（隔离变压）来使得乘客或机组人员电击的可能降至最低。这将防止无意触碰系统的带电部分。故障保护系统应包括监控故障探测电路状态的特性，如果探测到故障，出口电源应自动移除，且不允许自动复位。

电源接通差动保护具备的特性（或等效特性）见表1。

2.2.2.3 舱内释压

由于可能发生舱内释压并导致电弧，当出现舱内快速释压时应能自动切断PSS，除非系统可满足EUROCAE ED-14/RTCA DO-160，在快速释压环境下不会发生电弧。

表1 电源接通差动保护具备的特性

2.2.3 有水区域安装PSS电源接口的附加标准

如果PSS电源接口安装在有水的空间或区域（例如水龙头）或淋浴（浴室），下述要求应满足：水龙头和电源接口的距离不少于0.6m；如果电源接口和水源距离在0.3m到0.6m之间，电源接口应加装盖子，或安装时让接口的前侧朝下；任何淋浴室应封顶；淋浴室内不允许装此类电源接口；电源接口不允许安装在淋浴室门附近的0.6m以内。

2.3 安全评估与持续适航要求

2.3.1 安全评估

对每个PSS进行适当的质量和/或数量失效分析来证明其满足适航要求，分析应考虑PSS的环境影响、EWIS安装和隔离、冷却以及用来防止PSS火灾、超温和电击的安全特性。

2.3.2 持续适航的操作指南（ICA）

ICA应包括维持PSS的所有必要维护行为以保持飞机的持续适航。

2.4 操作指南要求

机组执行任务过程中，可根据适当的操作/训练手册，或根据必须包括下述最小技术数据和操作信息的操作指南来完成。

· 系统描述；

· 激活/切断PSS的说明，例如系统控制电门和旅客控制；

· 每个飞行阶段的使用限制说明（例如PSS应在关键飞行阶段切断：起飞和降落）；

· 客舱机组人员对旅客使用情况的监控。

此外，建议考虑执行下述操作，并由适当人员来检查。

· 飞行和客舱机组通讯/合作，如适用；

· 危害，例如绊倒，由于覆盖了枕头、毛毯等物而造成的旅客设备超温；

· 旅客信息，例如播放安全预防和警告时不应没有任何提示而中断电源；

· 系统故障和/或个别组件和纠正措施的辨识。

3 总结

机载设备是飞机不可或缺的功能和保障系统，是完成各项使命所需的任务系统。机载系统的技术水平是现代飞机高科技含量和先进性的重要体现，也是提高飞机安全性、舒适性和经济性的重要技术基础。随着我国对机上使用PED设备政策的放开，亟需制定PED供电系统相关的民航政策指南，以提供在保障飞行安全的前提下加装或改装该系统；此外，随着中国大飞机产业的飞速进程，制定相关标准势在必行。FAA/EASA针对移动电子设备的机载供电系统的政策和标准为我国PED机载供电系统的标准研究提供了重要技术支持。

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（编辑：雨晴）

V221+.91

C

1003-6660（2016）06-0032-04

10.13237/j.cnki.asq.2016.06.008

[收修订稿日期]2015-12-25

民航行业安全技术标准重大项目（AADSA0038）；中国民航大学教育教学改革研究项目（CAUCETRN-2015-03）；中央高校基本科研业务费项目（3122016D009）